§ 31. Атмосферний тиск

Визначити атмосферний тиск за формулою для обчислення тиску стовпа рідини не можна, бо для такого розрахунку треба знати висоту атмосфери і густину повітря. Але певної межі в атмосфери немає, а густина повітря на різній висоті різна. Як же вимірюють атмосферний тиск?

Дослід Торрічеллі
Вимірювання атмосферного тиску

Дослід Торрічеллі. Планета Земля оточена газовою оболонкою - атмосферою. До складу атмосфери входять такі гази як кисень, азот, вуглекислий газ, водень, гелій тощо. Молекули газів, які входять до складу атмосфери, перебувають у неперервному русі, але не розлітаються у космосі, бо їх утримує сила земного тяжіння. Безперервний хаотичний рух молекул повітря і зумовлює атмосферний тиск. Виміряти атмосферний тиск можна за допомогою досліду, запропонованого в XVII ст. італійськім ученим Эванджелиста Торрічеллі, учнем Галилео Галілея.

Дослід Торрічеллі (рис. 3.61) полягає ось у чому: скляну трубку завдовжки близько 1 м, запаяну з одного кінця, наповнюють ртуттю. Потім, щільно закривши другий кінець трубки, її перевертають, опускають у чашку з ртуттю і під ртуттю відкривають кінець трубки. Частина ртуті при цьому виливається в чашку, а частина залишається в трубці. Висота стовпа ртуті, яка залишалась у трубці, дорівнює приблизно 760 мм. У трубці над ртуттю повітря немає, там безповітряний простір.

Рис. 3.61. Дослід Торрічеллі

Торрічеллі, який запропонував описаний вище дослід, сам і пояснив його. Атмосфера тисне на поверхню ртуті в чашці. Створений стовпом ртуті тиск врівноважується атмосферним тиском, який не дає ртуті виливатись. Якби він був більший від атмосферного, то ртуть виливалася б із трубки в чашку, а якщо менший, то піднімалася б у трубці вгору.

Тиск у трубці створюється вагою стовпа ртуті в трубці, бо у верхній частині трубки над ртуттю повітря немає. Звідси випливає, що вимірявши висоту стовпа ртуті, можна обчислити тиск, який чинить ртуть, - він і дорівнюватиме атмосферному тиску. Якщо атмосферний тиск зменшиться, то стовп ртуті в трубці знизиться.

Вимірювання атмосферного тиску. Чим більший атмосферний тиск, тим вищий стовп ртуті в досліді Торрічеллі, тому на практиці атмосферний тиск можна вимірювати висотою ртутного стовпа (в міліметрах або сантиметрах). Якщо, наприклад, атмосферний тиск дорівнює 780 мм рт. ст., то це означає, що повітря чинить такий самий тиск, як і вертикальний стовп ртуті висотою 780 мм.

Отже, в цьому випадку за одиницю атмосферного тиску взято 1мм ртутного стовпа (1 мм рт. ст.). Знайдемо співвідношення між цією одиницею і відомою нам одиницею тиску - паскалем.

Тиск ртутного стовпа висотою 1мм згідно формули р = pgh дорівнює: р = 13 600 кг/м³• 9,8 Н/м • 0,001м = 133,3 Па.

Отже 1 мм рт. ст. ≈ 133,3 Па.

Атмосферний тиск вимірюють також в гектопаскалях. Наприклад, у зведеннях погоди може бути сказано, що тиск дорівнює 1013 гПа, це те саме, що й 760 мм рт. ст.

Спостерігаючи щодня за висотою ртутного стовпа в трубці, Торрічеллі встановив, що ця висота змінюється, тобто атмосферний тиск не сталий, він може збільшуватися і зменшуватися. Торрічеллі помітив також, що зміни атмосферного тиску якось пов’язані зі зміною погоди.

Головне у цьому параграфі

Безперервний хаотичний рух молекул повітря зумовлює атмосферний тиск.

За одиницю атмосферного тиску взято 1 мм ртутного стовпа (1мм рт. ст.). Якщо, наприклад, атмосферний тиск дорівнює 780 мм рт. ст., то це означає, що повітря чинить такий самий тиск, як і вертикальний стовп ртуті висотою 780 мм.

Співвідношення між цією одиницею і відомою нам одиницею тиску - паскалем: 1 мм рт. ст. ≈ 133,3 Па.

Запитання для самоперевірки